機電產(chǎn)品可靠性設(shè)計教案

1、教 師 教 案（20122013學(xué)年第2學(xué)期）課 程 名 稱：機電產(chǎn)品可靠性設(shè)計授 課 學(xué) 時：32授 課 班 級：2010級任 課 教 師：朱順鵬教 師 職 稱：講師教師所在學(xué)院：機械電子工程學(xué)院電子科技大學(xué)教務(wù)處1 / 15課程名稱機電產(chǎn)品可靠性設(shè)計授課專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級2010課程編號08084025修課人數(shù)164課程類型必修公共基礎(chǔ)課( )；學(xué)科基礎(chǔ)課( )；專業(yè)核心課( )選修專業(yè)選修()；任選課（ ）；公選課( )；理論課()；實踐課( )授課方式課堂講授為主（）；實驗為主（ ）；自學(xué)為主（ ）；專題討論為主（ ）；其他：是否采用多媒體授課是考核方式及成績構(gòu)成考 試()

2、考 查( )成績構(gòu)成及比例：考試80%+平時成績20%是否采用雙語教學(xué)否學(xué)時分配講授32學(xué)時；實驗 學(xué)時；上機 學(xué)時；習(xí)題 學(xué)時；課程設(shè)計 學(xué)時教材名稱作者出版社及出版時間機電產(chǎn)品可靠性設(shè)計凌丹自編講義，2012參考書目1.機械可靠性設(shè)計2.機械可靠性設(shè)計3.機械零件的可靠性設(shè)計4.系統(tǒng)可靠性設(shè)計與分析5.Reliability in Automotive and Mechanical Engineering. 6.電子元器件可靠性工程孟憲鐸劉惟信盧玉明宋保維Bertsche B.孫青, 莊奕琪冶金工業(yè)出版社, 2008清華大學(xué)出版社, 2000高等教育出版社, 1987西北工業(yè)大學(xué)出版社,

3、2008Springer, 2008電子工業(yè)出版社, 2002授課時間第 1 周第 16 周第一章 可靠性設(shè)計概論 4學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)內(nèi)容 共4學(xué)時可靠性基本概念 2學(xué)時(1) 可靠性的內(nèi)涵(2) 可靠性工程發(fā)展現(xiàn)狀(3) 可靠性特征量可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 2學(xué)時(1) 數(shù)理統(tǒng)計基本概念(2) 可靠性常用概率分布(3) 隨機變量均值與方差的近似計算教學(xué)要求(1) 了解可靠性學(xué)科發(fā)展歷程(2) 掌握可靠性學(xué)科研究的內(nèi)容(3) 了解我國可靠性研究的發(fā)展現(xiàn)狀(4) 了解可靠性設(shè)計工作的重要意義及面臨的主要挑戰(zhàn)(5) 掌握可靠性的定義(6) 掌握可靠度、不可靠度、失效率的定義(7) 掌握常用的概率

4、分布（正態(tài)分布、指數(shù)分布、威布爾分布、對數(shù)正態(tài)分布）在可靠性設(shè)計工作中的應(yīng)用(8) 掌握隨機變量均值與方差的近似計算方法二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點可靠性的定義可靠性特征量定義及相互關(guān)系常用概率分布的統(tǒng)計特征量教學(xué)難點失效率的定義威布爾分布的相關(guān)概念及應(yīng)用三、教學(xué)設(shè)計列舉航空航天產(chǎn)品（如衛(wèi)星天線、衛(wèi)星指向機構(gòu)、太陽翼展開機構(gòu)）、民用產(chǎn)品（如汽車）、制造裝備（如數(shù)控機床）的實例，突出開展可靠性工作的重要意義。隨機變量及數(shù)理統(tǒng)計的知識系學(xué)生在先修課程中所學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)，可以簡要介紹，并要求學(xué)生查閱以前的書籍。正態(tài)分布是學(xué)生熟知的內(nèi)容，在教學(xué)過程中著重講解其實際應(yīng)用；指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布和威布爾分布是

5、學(xué)生先修課程中沒有學(xué)習(xí)過的，應(yīng)詳細講解。威布爾分布是難點內(nèi)容，應(yīng)重點介紹其發(fā)展歷史，統(tǒng)計特征，以及威布爾分布在機械可靠性中的特殊作用，列舉工程實例。隨機變量函數(shù)的均值與方差計算是后續(xù)機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計需要用到的基本方法，講解三種常用的方法原理即可，公式可以查表。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料1. 盛驟, 謝式千, 潘承毅. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(第四版), 高等教育出版社,20102. 劉惟信. 機械可靠性設(shè)計. 北京:清華大學(xué)出版社, 2000六、教學(xué)后記第二章 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 8學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)內(nèi)容 共8學(xué)時系統(tǒng)可靠性框圖 2學(xué)時串聯(lián)系統(tǒng)；并聯(lián)系統(tǒng)；混聯(lián)系統(tǒng)；表決系統(tǒng)；旁聯(lián)系

6、統(tǒng)可靠性分配 2學(xué)時可靠性分配的目的和原則可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性預(yù)計 1學(xué)時可靠性預(yù)計的目的可靠性預(yù)計的方法（應(yīng)力分析法、元器件計數(shù)法、相似產(chǎn)品法、上下限法）故障模式、影響及危害性分析FMECA 1學(xué)時FMECA的定義及分類FMECA的一般過程風(fēng)險優(yōu)先數(shù)和危害性矩陣故障樹分析FTA 2學(xué)時故障樹的各種符號故障樹建樹步驟常用故障樹分析方法介紹教學(xué)要求(1) 了解系統(tǒng)可靠性設(shè)計的任務(wù)；(2) 掌握系統(tǒng)可靠性建模方法；(3) 了解可靠性分配與預(yù)計的目的；(4) 掌握可靠性分配與預(yù)計的常用方法。(5) 了解FMECA的步驟；(6) 掌握故障影響嚴酷度、發(fā)生

7、度、探測度的基本概念；(7) 掌握風(fēng)險優(yōu)先數(shù)和危害性矩陣圖的計算。(8) 掌握故障樹分析常用的術(shù)語與邏輯門；(9) 掌握故障樹定性、定量分析方法。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點常用可靠性框圖及其可靠性指標計算方法FMECA分析的過程FMECA中風(fēng)險優(yōu)先數(shù)計算及危害度矩陣圖的繪制FTA的常用事件符號和邏輯門符號割集與最小割集的概念及確定方法路集與最小路集的概念及確定方法故障樹的定量分析教學(xué)難點表決系統(tǒng)的可靠度計算旁聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計算利用最小割集進行故障樹的定量分析底事件重要度的計算三、教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)的可靠性不僅取決于其組成單元的可靠性，而且與各單元的連接方式有關(guān)。系統(tǒng)可靠性框圖不同于系統(tǒng)的功能框圖，針

8、對不同失效模式可以繪制不同的可靠性框圖，以濾油器為例講解。講解各種典型可靠性框圖（串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、表決、旁聯(lián)）的可靠度計算方法時，要給出工程實例。以美國“挑戰(zhàn)者”號（1986）、“哥倫比亞”號（2003）航天飛機墜毀事故、切爾諾貝利核反應(yīng)堆事故、美國F22隱形戰(zhàn)機墜毀事故引出FMECA工作的重要意義。以某型軍用飛機升降舵系統(tǒng)FMECA為例介紹分析過程。介紹故障樹的發(fā)展歷史，以泰坦尼克沉船為頂事件，介紹故障樹的常用符號和建樹過程，并給出一些故障樹分析實例，如剪草機發(fā)動機不啟動、柴油發(fā)動機燃油泄漏為頂事件的故障樹。故障樹定性分析，割集與最小割集的上行法與下行法，課堂練習(xí)。故障樹定性分析，路集與最

9、小路集的成功樹法，課堂練習(xí)。故障樹定量分析是本章的難點，在教學(xué)過程中強調(diào)數(shù)據(jù)積累的重要性，可靠性數(shù)學(xué)如何應(yīng)用于故障樹分析；強調(diào)底事件重要度對于改進設(shè)計和設(shè)備維修的重要意義。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料1. (挪)勞沙德 著. 郭強, 王秋芳, 劉樹林 譯. 系統(tǒng)可靠性理論：模型、統(tǒng)計方法及應(yīng)用. 國防工業(yè)出版社, 20102. 梅啟智, 廖炯生, 孫志中. 系統(tǒng)可靠性工程基礎(chǔ).科學(xué)出版社, 19923. 周海京, 遇今. 故障模式、影響及危害性分析與故障樹分析. 航空工業(yè)出版社, 2003六、教學(xué)后記第三章 機械可靠性設(shè)計原理 6學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)內(nèi)容 共6學(xué)時概述 1學(xué)時機

10、械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的任務(wù)傳統(tǒng)機械設(shè)計與可靠性設(shè)計的區(qū)別機械可靠性設(shè)計的步驟應(yīng)力強度干涉模型及可靠度計算 4學(xué)時應(yīng)力-強度模型的基本思想用應(yīng)力-強度干涉模型求可靠度的計算方法幾種常用分布的可靠度計算應(yīng)力分布類型及其參數(shù)的確定強度分布類型及參數(shù)的確定機構(gòu)運動可靠性概述 1學(xué)時教學(xué)要求(1) 了解機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別；(2) 了解機械可靠性設(shè)計的過程；(3) 掌握應(yīng)力強度干涉模型的基本理論及可靠度計算方法；(4) 掌握應(yīng)力、強度分布的確定方法；(5) 了解機構(gòu)運動可靠性基本概況。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點傳統(tǒng)機械設(shè)計與可靠性設(shè)計的區(qū)別應(yīng)力-強度模型的基本思想用應(yīng)力-強度干涉模型求可靠度的

11、計算方法幾種常用分布的可靠度計算教學(xué)難點應(yīng)力分布類型及其參數(shù)的確定強度分布類型及參數(shù)的確定機構(gòu)運動可靠性分析方法三、教學(xué)設(shè)計機械可靠性設(shè)計中，概率設(shè)計是一種主要的方法，以傳統(tǒng)的機械可靠性設(shè)計方法為基礎(chǔ)，將設(shè)計變量視為隨機變量，運動概率運算方法，計算零件的可靠度或在給定可靠度時進行零件主要尺寸的設(shè)計。講解傳統(tǒng)設(shè)計與可靠性設(shè)計的區(qū)別與聯(lián)系。以簡單拉桿設(shè)計為例，分析設(shè)計過程中的不確定性，分析安全系數(shù)法的優(yōu)缺點。應(yīng)力-強度干涉理論是機械可靠性設(shè)計的基本理論。通過狹義應(yīng)力與強度的概念引出廣義應(yīng)力與強度的概念。利用第一章中的隨機變量的概率密度曲線，繪制應(yīng)力-強度干涉曲線。詳細講解利用干涉計算可靠度的方法，

12、重點講解應(yīng)力和強度均服從正態(tài)分布時可靠度的計算，并列舉例題。應(yīng)力和強度分布參數(shù)的確定是應(yīng)用應(yīng)力-強度干涉理論的前提，要求學(xué)生了解各種設(shè)計手冊的使用方法，理解工程中一些實用計算方法。以飛機起落架為例介紹研究機構(gòu)運動可靠性分析的意義，列舉機構(gòu)可靠性常用的分析方法，介紹機構(gòu)可靠性的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料1. 盧玉明, 機械零件的可靠性設(shè)計, 北京:高等教育出版社, 19892. 徐灝. 機械強度的可靠性設(shè)計. 北京:機械工業(yè)出版社, 19843. 孟憲鐸, 機械可靠性設(shè)計. 北京:冶金工業(yè)出版社, 20084. 王超, 王金. 機械可靠性工程. 北京:冶金工業(yè)出版

13、社, 1992六、教學(xué)后記第四章 疲勞可靠性設(shè)計 4學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)內(nèi)容 共4學(xué)時疲勞失效及材料的疲勞曲線1學(xué)時材料的疲勞曲線全概率P-S-N曲線呈分布狀態(tài)的疲勞極限應(yīng)力圖零件疲勞極限的分布1學(xué)時疲勞可靠度計算 2學(xué)時穩(wěn)定變應(yīng)力下疲勞強度的可靠度計算不穩(wěn)定變應(yīng)力下的疲勞強度的可靠度計算教學(xué)要求(1) 掌握呈分布狀態(tài)的S-N曲線和疲勞極限應(yīng)力圖；(2) 掌握穩(wěn)定變應(yīng)力下的疲勞可靠度計算；(3) 了解疲勞累積損傷理論；(4) 了解非穩(wěn)定變應(yīng)力下的疲勞可靠度計算。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點全概率P-S-N曲線呈分布狀態(tài)的疲勞極限應(yīng)力圖穩(wěn)定變應(yīng)力下疲勞強度的可靠度計算教學(xué)難點零件疲勞極限分布

14、的確定不穩(wěn)定變應(yīng)力下的疲勞強度的可靠度計算三、教學(xué)設(shè)計疲勞是機械零件的主要失效形式。列舉實例說明疲勞失效的危害。疲勞壽命曲線和疲勞極限曲線是機械設(shè)計課程中學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容，教學(xué)中應(yīng)強調(diào)設(shè)計過程中存在的不確定性和全概率P-S-N曲線的重要意義，簡單介紹全概率P-S-N曲線的獲得方法。在多個不同應(yīng)力循環(huán)特性的全概率P-S-N曲線的基礎(chǔ)上，能夠獲得呈分布狀態(tài)的疲勞極限應(yīng)力圖。建議學(xué)生查閱資料，自學(xué)疲勞應(yīng)力載荷譜的處理方法；結(jié)合機械設(shè)計手冊講解零件疲勞極限分布參數(shù)的確定方法，注意強調(diào)零件疲勞極限與材料疲勞極限的區(qū)別。穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力下進行疲勞可靠性設(shè)計的主要是根據(jù)全概率P-S-N曲線或呈分布狀態(tài)的疲勞

15、極限應(yīng)力圖。講解基本方法，并列舉例題。簡要介紹疲勞累積損傷理論及不穩(wěn)定變應(yīng)力下進行疲勞可靠性設(shè)計的方法。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料盧玉明, 機械零件的可靠性設(shè)計, 北京:高等教育出版社, 1989徐灝. 機械強度的可靠性設(shè)計. 北京:機械工業(yè)出版社, 1984孟憲鐸, 機械可靠性設(shè)計. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2008王超, 王金. 機械可靠性工程. 北京:冶金工業(yè)出版社, 1992六、教學(xué)后記第五章 機械零件可靠性設(shè)計 4學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)內(nèi)容 共4學(xué)時軸的靜強度可靠性設(shè)計 1學(xué)時傳動軸的靜強度可靠性設(shè)計轉(zhuǎn)軸的靜強度可靠性設(shè)計圓柱齒輪輪齒強度的可靠性設(shè)計 1學(xué)時齒面接觸疲

16、勞強度可靠性設(shè)計齒根彎曲疲勞強度可靠性設(shè)計滾動軸承的可靠性設(shè)計 1學(xué)時滾動軸承的壽命計算滾動軸承的可靠性模型機械零件的可靠性優(yōu)化設(shè)計 1學(xué)時可靠性優(yōu)化設(shè)計的意義以可靠度最大為目標的可靠性優(yōu)化設(shè)計以可靠度為約束條件的可靠性優(yōu)化設(shè)計教學(xué)要求(1) 掌握軸的可靠性設(shè)計方法；(2) 掌握齒輪的可靠性設(shè)計方法；(3) 掌握滾動軸承的可靠性設(shè)計方法；(4) 了解機械可靠性優(yōu)化設(shè)計的基本思想。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點圓柱齒輪輪齒強度的可靠性設(shè)計教學(xué)難點無三、教學(xué)設(shè)計本章介紹幾種常用機械零件的可靠性設(shè)計方法，對于軸僅講解其靜強度可靠性設(shè)計方法，軸的疲勞可靠性計算過程較為復(fù)雜，建議學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。齒輪則介

17、紹其接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度可靠度計算和零件設(shè)計。對于滾動軸承，主要講解疲勞壽命可靠性建模及計算方法，滾動軸承的疲勞壽命服從威布爾分布。緊密結(jié)合第三章的應(yīng)力強度干涉模型，按照可靠性設(shè)計流程，針對不同零件，依次講解確定應(yīng)力分布類型和參數(shù)的方法及確定強度分布類型和參數(shù)，建立連接方程求解可靠度或進行給定可靠度下的零件幾何尺寸計算。列舉例題。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料盧玉明, 機械零件的可靠性設(shè)計. 高等教育出版社, 1989徐灝. 機械強度的可靠性設(shè)計. 機械工業(yè)出版社, 1984孟憲鐸, 機械可靠性設(shè)計. 冶金工業(yè)出版社, 2008王超, 王金. 機械可靠性工程. 冶金工業(yè)出版社

18、, 1992六、教學(xué)后記第六章 電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計 4學(xué)時一、教學(xué)內(nèi)容及要求教學(xué)要求 共4學(xué)時電子元器件的選用與控制 1學(xué)時電子元器件的質(zhì)量等級電子元器件的選用電子元器件的控制電子元器件的可靠性管理電子元器件的失效分析 1學(xué)時電子元器件失效模式與失效機理電子元器件失效分析的目的和內(nèi)容電子元器件失效分析方法電子元器件可靠性設(shè)計方法 2學(xué)時元器件的降額設(shè)計冗余設(shè)計熱設(shè)計電磁兼容設(shè)計容差和參數(shù)漂移設(shè)計教學(xué)要求(1) 了解電子產(chǎn)品可靠性的特點；(2) 了解電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計的一般程序;(3) 了解電子元器件選用與控制原則；(4) 了解電子元器件失效分析方法；(5) 掌握電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計的常用方法（降

19、額設(shè)計、冗余設(shè)計、熱設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、容差設(shè)計）。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點電子元器件的質(zhì)量等級劃分電子元器件失效模式與失效機理的定義電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計方法教學(xué)難點無三、教學(xué)設(shè)計（如何講授本章內(nèi)容，尤其是重點、難點內(nèi)容的設(shè)計、構(gòu)思）電子元器件是元件和器件的總稱。電子元器件是電子、電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，是能夠完成預(yù)定功能而不能再分割的電路基本單元，其可靠性影響整機的可靠性水平。航天工業(yè)電子元器件可靠性在國、內(nèi)外的研究狀況。列舉因為電子元器件失效造成的事故，如歐洲航空局的Ariane火箭、1998年8月至1999年5月美國火箭發(fā)射的6次失利；高可靠性非常成功的例子-俄羅斯的和平號空間站。電子產(chǎn)品的可靠性試驗方法較為成熟，已有很多適用于電子產(chǎn)品可靠性的標準。介紹國標及國軍標中的各項標準及其應(yīng)用。列舉統(tǒng)計數(shù)據(jù)，說明近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件選擇不當(dāng)或使用有誤。引入電子元器件選用規(guī)則和依據(jù)。概要介紹元器件常用可靠性設(shè)計方法。四、作業(yè)通過課程網(wǎng)站發(fā)布。五、參考資料曹白楊. 電子產(chǎn)品設(shè)計